Niezwykle szczegółowe obrazy formujących się planet dzięki nowym technikom obrazowania
Dla astrofizyków ważne jest wykrycie planet jeszcze podczas ich powstawania w naturalnym dla nich środowisku protoplanetarnych dysków gazowych i pyłowych mających mniej niż kilka milionów lat. W ramach projektu ImagePlanetFormDiscs, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), opracowano techniki obrazowania, które mają ułatwić poszukiwania tworzących się planet w niespotykanych dotąd niewielkich skalach, stanowiących ułamek orbity Układu Słonecznego Ziemi. W projekcie wykorzystano również symulacje, aby pokazać, jak dyski te reagują na obecność planety lub przyciąganie grawitacyjne wielu gwiazd. Badanie sposobu, w jaki materia jest gromadzona w młodym układzie gwiazdy podwójnej, umożliwiło zespołowi wykazanie, że dzięki interferometrii(odnośnik otworzy się w nowym oknie) można oddzielić udział gwiazdy towarzyszącej od udziału większej gwiazdy głównej w akrecji. „Dzięki badaniu różnych długości fal i skal przestrzennych możemy śledzić pełny zasięg dysków protoplanetarnych – od wielkości odpowiadających orbicie Merkurego do dziesięciokrotności orbity Neptuna w naszym Układzie Słonecznym”, mówi Stefan Kraus(odnośnik otworzy się w nowym oknie), koordynator projektu.
Obserwowanie przez pył
Zespół naukowców scharakteryzował nietypowo ukształtowany dysk układu GW Orionis(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i stworzył trójwymiarowy model, łącząc termiczne obrazowanie pyłu i obrazowanie światła rozproszonego. „Przełom nastąpił, gdy nasze obserwacje wykazały, że dysk jest zakrzywiony i nie znajduje się na jednej płaszczyźnie. Aby zrozumieć przyczynę tego niespotykanego zniekształcenia, wyznaczyliśmy dokładne orbity trzech gwiazd w jego centrum”, dodaje Kraus. Na symulacji dysku wokół GW Orionis można zauważyć, że konkurujące ze sobą przyciągania grawitacyjne trzech gwiazd rozerwały i zniekształciły dysk. „Proces rozrywania dysku został wprawdzie teoretycznie przewidziany, ale po raz pierwszy został zaobserwowany”, mówi Kraus. Zespół wykonał również zdjęcia dysku wokół gwiazdy V1247 Orionis(odnośnik otworzy się w nowym oknie), dobrze zbadanej za pomocą interferometru radiowego ALMA i teleskopu VLT na wielu długościach fal, i znalazł asymetrię w kształcie półksiężyca, która wskazuje na obecność wiru porywającego pył, prawdopodobnie wywołanego przez jeszcze nieodkrytą planetę(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Ponadto naukowcom udało się po raz pierwszy zmierzyć orientację spinowo-orbitalną bezpośrednio obrazowanego układu egzoplanetarnego Beta Pictoris przy użyciu interferometrii o wysokiej rozdzielczości spektralnej.
Interferometria
Gwiazdy i planety są formowane w procesie akrecji, w którym materiał z dużej struktury jest dodawany do mniejszej. W projekcie ImagePlanetFormDiscs wykorzystano techniki interferometryczne do badania struktury dysków planetotwórczych, zlokalizowania akrecji i sprawdzenia, czy przy użyciu obrazowania interferometrycznego możliwe jest wykrycie młodych planet. Interferometria łączy różne teleskopy w celu uzyskania obrazów o niespotykanej dotąd ostrości. Wcześniej teleskopy CHARA(odnośnik otworzy się w nowym oknie) uchwyciły struktury powierzchni gwiazd dzięki systemowi kompensowania zniekształceń obrazu wywołanych obecnością atmosfery zwanemu Michigan InfraRed Combiner (MIRC), ale ich czułość nie pozwala na obserwację ledwie wyraźnych, młodych gwiazd. Badacze biorący udział w projekcie ImagePlanetFormDiscs zwiększyli czułość urządzenia, wymieniając kamerę i inne części układu optycznego. Zespół wykorzystał detektory podczerwieni nowej generacji, które wzmacniają sygnały. Te elektronowe fotodiody lawinowe, które mogą zapisywać turbulencje atmosferyczne w tempie kilku tysięcy obrazów na sekundę, zwiększyły czułość instrumentu MIRC około 20-krotnie. „MIRC-X(odnośnik otworzy się w nowym oknie) jest najbardziej zaawansowanym urządzeniem obrazującym w podczerwieni o najwyższej rozdzielczości. Umożliwiło ono pierwsze interferometryczne obserwacje młodych gwiazd dzięki obrazom o ostrości znacznie lepszej niż jedna milionowa stopnia”, mówi Kraus. Obserwacje te zostały uzupełnione o dane z instrumentów PIONIER, GRAVITY i SPHERE z Bardzo Dużego Teleskopu Europejskiego Obserwatorium Południowego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Chile oraz dane z interferometru radiowego ALMA. Zespół ma w planie zbudować instrument do interferometru Bardzo Dużego Teleskopu, który będzie działał w tym samym zakresie długości fal co MIRC-X, w ramach nowego projektu GAIA-BIFROST.
